CN106114195A - 一种多模四驱混合动力传动驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多模四驱混合动力传动驱动装置，通过性、驾驭性好。其包括内燃机(1)、第一电动机/发电机(2)、第二电动机/发电机(3)、输出轴Ⅰ(4)、输出轴Ⅱ(5)、第一行星齿轮系(6)、第二行星齿轮系(7)、齿轮Ⅰ(8)、齿轮Ⅱ(9)、齿轮Ⅲ(10)、齿轮Ⅳ(11)、离合器Ⅰ(12)、离合器Ⅱ(13)和离合器III(14)，离合器Ⅰ(12)一端与第一行星齿轮系(6)相连，另一端与第二行星齿轮系(7)相连，离合器Ⅱ(13)一端与第一行星齿轮系(6)相连，另一端与第二行星齿轮系(7)相连，离合器III(14)一端与齿轮Ⅱ(9)相连，另一端与输出轴(5)相连，内燃机(1)与第一行星齿轮系(6)相连。

Description

一种多模四驱混合动力传动驱动装置
技术领域
本发明属于混合动力汽车动力传动技术领域，特别是一种通过性与可驾驭性好的多模混合动力传动驱动装置。
背景技术
为了降低汽车尾气排放引起的空气污染，各国政府均制订一系列的排放法规。并严格限制乘用车燃料消耗量限值。普通内燃机汽车很难达到如此严格的燃油经济性要求，所以新能源汽车势在必行。
由于目前电动汽车续航能力受限，混合动力电动车成为解决汽车节能和环保问题的有效途径。其通过增加额外的动力源(如电池、超级电容)及驱动装置(如电机)，不仅为车辆驱动提供了额外的动力，同时还能够提高发动机的工作效率，从而明显改善车辆的经济性能和排放性能。
现有混合动力汽车均采用两驱模式。在提高燃油经济性的同时，车辆的操纵性能，特别是加速性能与通过性则有所下降。以丰田首辆混合动力汽车普锐斯为例，其燃油经济性较好，但加速性能却不够好。特别是随着混合动力汽车慢慢推广至SUV或者皮卡等车型时，车辆的通过性与加速性对于消费者而言会显得尤为重要。
因此，现有技术存在的问题是：混合动力汽车用两驱模式，动力性、通过性与可驾驭性不够好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多模四驱混合动力传动驱动装置，在保证系统能量效率的同时，提高车辆动力性、通过性与可驾驭性。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种多模四驱混合动力传动驱动装置，包括内燃机、第一电动机/发电机、第二电动机/发电机、输出轴Ⅰ、输出轴Ⅱ、第一行星齿轮系、第二行星齿轮系、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ、离合器Ⅰ、离合器Ⅱ和离合器III，所述第一行星齿轮系一端与第一电动机/发电机相连，另一端与离合器Ⅱ相连，所述第二行星齿轮系一端与离合器Ⅱ相连，另一端与齿轮Ⅲ相连，所述第二电动机/发电机一端与第二行星齿轮系相连，另一端与齿轮Ⅰ相连，所述离合器Ⅰ一端与第一行星齿轮系相连，另一端与第二行星齿轮系相连，所述离合器Ⅱ一端与第一行星齿轮系相连，另一端与第二行星齿轮系相连，离合器III一端与齿轮Ⅱ相连，另一端与输出轴相连，所述齿轮Ⅳ与输出轴Ⅰ相连，齿轮Ⅱ与输出轴Ⅱ相连，所述齿轮Ⅰ与齿轮Ⅱ啮合，齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ啮合，所述内燃机与第一行星齿轮系相连。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、动力性、通过性与可驾驭性好：本发明具有双输出轴，可分别作为车辆的前后输出轴，实现车辆的四轮驱动，增加车辆的通过性与可驾驭性。两驱输出型功率分流驱动模式与两驱纯电动模式可用于普通路况的驱动，全时四驱输入型功率分流驱动模式可用于复杂路况，如山地路段或者冰雪路面驾驶状况，提高系统的通过性。
2、能量效率高：多种工作模式使得该系统能够适应复杂，多变的工作环境，有效地提高和改善车辆的动力性、燃油经济性和排放性能，适用于深度混合动力汽车和插电式混合动力汽车。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明多模四驱混合动力传动驱动装置的结构示意图。
图中，1—内燃机，2—第一电动机/发电机，3—第二电动机/发电机，4—输出轴Ⅰ，5—输出轴Ⅱ，6—第一行星齿轮系，7—第二行星齿轮系，61—太阳轮Ⅰ，62—行星架Ⅰ，63—齿圈Ⅰ，71—太阳轮Ⅱ，72—行星架Ⅱ，73—齿圈Ⅱ，8—齿轮Ⅰ，9—齿轮Ⅱ，10—齿轮Ⅲ，11—齿轮Ⅳ，12—离合器Ⅰ，13—离合器Ⅱ，14—离合器III。
具体实施方式
如图1所示，本发明多模四驱混合动力传动驱动装置，其包括内燃机1、第一电动机/发电机2、第二电动机/发电机3、输出轴Ⅰ4、输出轴Ⅱ5、第一行星齿轮系6、第二行星齿轮系7、齿轮Ⅰ8、齿轮Ⅱ9、齿轮Ⅲ10、齿轮Ⅳ11、离合器Ⅰ12、离合器Ⅱ13和离合器III14，
所述第一行星齿轮系6一端与第一电动机/发电机2相连，另一端与离合器Ⅱ13相连，所述第二行星齿轮系7一端与离合器Ⅱ13相连，另一端与齿轮Ⅲ10相连，
所述第二电动机/发电机3一端与第二行星齿轮系7相连，另一端与齿轮Ⅰ8相连，
所述离合器Ⅰ12一端与第一行星齿轮系6相连，另一端与第二行星齿轮系7相连，所述离合器Ⅱ13一端与第一行星齿轮系6相连，另一端与第二行星齿轮系7相连，离合器III14一端与齿轮Ⅱ9相连，另一端与输出轴5相连，
所述齿轮Ⅳ11与输出轴Ⅰ4相连，齿轮Ⅱ9与输出轴Ⅱ5相连，
所述齿轮Ⅰ8与齿轮Ⅱ9啮合，齿轮Ⅲ10、齿轮Ⅳ11啮合，
所述内燃机1与第一行星齿轮系6相连。
优选地，所述第一行星齿轮系6包括太阳轮Ⅰ61、行星架Ⅰ62和齿圈Ⅰ63，所述行星架Ⅰ62一端与太阳轮Ⅰ61啮合，另一端与齿圈Ⅰ63啮合，
所述第二行星齿轮系7包括太阳轮Ⅱ71、行星架Ⅱ72和齿圈Ⅱ73，所述行星架Ⅱ72一端与太阳轮Ⅱ71啮合，另一端与齿圈Ⅱ73啮合，
连接关系进一步具体为，所述齿圈Ⅰ63一端与第一电动机/发电机2相连，另一端与离合器Ⅱ13相连，所述齿圈Ⅱ73一端与离合器Ⅱ13相连，另一端与齿轮Ⅲ10相连，
所述第二电动机/发电机3一端与行星架Ⅱ71相连，另一端与齿轮Ⅰ8相连，
所述离合器Ⅰ12一端与行星架Ⅰ62相连，另一端与行星架Ⅱ72相连，所述离合器Ⅱ13一端与齿圈Ⅰ63相连，另一端与齿圈Ⅱ73相连，
所述内燃机1与太阳轮Ⅰ61相连。
本发明通过离合器Ⅰ、离合器Ⅱ和离合器III的接合与分离，可实现前驱纯电动驱动模式、后驱纯电动驱动模式、四驱纯电动驱动模式、全时四驱输入型功率分流驱动模式、两驱输出型功率分流驱动模式及前后固定比例四驱功率分流驱动模式。特别是通过离合器III接合与分离，可实现两驱与四驱两种驱动模式的切换。
多种工作模式使得该系统能够适应复杂，多变的工作环境，有效地提高和改善车辆的动力性、燃油经济性和排放性能，适用于深度混合动力汽车和插电式混合动力汽车。
下面将根据系统执行器状态，离合器状态，发动机启动状态，对该混合动力传动驱动装置的工作模式与状态进行介绍。
1、后轮纯电动驱动模式时，离合器Ⅰ12、离合器Ⅱ13均分离，离合器III14接合。
在此模式之下，第二电动机/发电机3经齿轮Ⅰ8、齿轮Ⅱ9和输出轴Ⅱ5相连，驱动车辆前进与后退；当汽车正常行驶时，第二电动机/发电机3作为电动机驱动车辆，实现纯电动模式；当汽车处于制动减速状态时，第二电动机/发电机3可作为发电机，将制动能量转化为电能，从而给电池充电，但由于该模式只有一个电机能够参与制动能量回收，故称该模式的制动能量回收状态为中低功率制动能量回收。在该模式下，内燃机1不与驱动轴相连，若发动机1启动，第一电动机/发电机2作为发电机为电池充电；若发动机1不启动，则第一电动机/发电机2也处于停机状态，不消耗能量。
2、前驱纯电动驱动模式时，离合器Ⅰ12、离合器III14均分离，离合器Ⅱ13接合。
在此模式之下，第一电动机/发电机2经齿圈Ⅰ63、齿轮Ⅲ10、齿轮Ⅳ11和输出轴Ⅰ4相连，驱动车辆前进与后退；当汽车正常行驶时，第一电动机/发电机2作为电动机驱动车辆，实现纯电动模式；当汽车处于制动减速状态时，若发动机不启动，第一电动机/发电机3可作为发电机，将制动能量转化为电能，从而给电池充电，但由于该模式也只有一个电机能够参与制动能量回收，故称该模式的制动能量回收状态为中低功率制动能量回收。在该模式下，内燃机1不与驱动轴相连，若发动机1启动，第一电动机/发电机2作为发电机为电池充电；若发动机1不启动，则第一电动机/发电机2也处于停机状态，不消耗能量。
3、前后驱纯电动驱动模式时，离合器Ⅰ12分离，离合器Ⅱ13、离合器III14均接合。
在此模式之下，第一电动机/发电机2经齿圈Ⅰ63、齿轮Ⅲ10、齿轮Ⅳ11与输出轴Ⅰ4相连，驱动汽车前轮，第二电动机/发电机3经齿轮Ⅰ8、齿轮Ⅱ9和输出轴Ⅱ5相连，驱动汽车后轮；当汽车正常行驶时，第一、第二电动机/发电机均作为电动机驱动车辆，实现前后驱纯电动驱动模式；该模式的优点在于，通过调节两电机的输出扭矩，可以自由的调节前后轮驱动力分配系数，最大程度的利用地面附着力；当汽车处于制动减速状态时，第一、第二电动机/发电机均可作为发电机，将制动能量转化为电能，从而给电池充电，由于该模式两个电机能都够参与制动能量回收，故称该模式的制动能量回收状态为高功率制动能量回收。
4、全时四驱、输入型功率分流驱动模式时，离合器Ⅱ13分离，离合器Ⅰ12、离合器III14均接合。
在此模式之下，行星架Ⅰ62和行星架Ⅱ72相互连接在一起，形成一体，此时，第二电动机/发电机3与输出轴5直接连接，可以驱动汽车后轮；本模式适合用于中低速行驶工况，内燃机1动力经过内燃机1输出轴，输入到第一排行星系的太阳轮Ⅰ61，此时，第一个行星齿轮系组成的行星齿轮组作为分流机构，当发动机能量大于需求功率时，将多余能量输送给第二电动机/发电机3发电给电池充电，而当发动机能量小于需求功率时，第二电动机/发电机3又作为电动机提供能量驱动车辆，实现混合驱动模式；此时，第一电动机/发电机2的主要作用是通过调节其自身转速，使得内燃机1工作于其最佳燃油经济效率区域，提高系统的效率。需要注意的是，在这里第二排行星齿轮将第一排行星齿轮传递过来的扭矩通过重新分配给前后轴，从而实现全时四驱功能。除此之外，该模式下，若发动机不启动，第一电动机/发电机2也可作为电动机或者发电机，实现纯电动驱动模式或者制动能量回收模式，该制动能量回收模式也是高功率制动能量回收。该种模式下，电机的控制相对复杂。
5、输出型功率分流驱动模式时，离合器III14分离，离合器Ⅰ12、离合器Ⅱ13均接合。
在此模式下，齿圈Ⅰ63与齿轮Ⅲ10相互连接在一起，行星架Ⅰ62与行星架Ⅱ72相互连接在一起，各自形成一体；内燃机1动力经过内燃机1输出轴，输入到第一排行星系的太阳轮Ⅰ61，此时，两个行星齿轮系组成的行星齿轮组作为分流机构；与输入型功率分流驱动模式相反的是，此时第二电动机/发电机3主要作用是通过调节其自身转速，使得内燃机1工作于其最佳燃油经济效率区域；而当发动机能量大于需求功率时，第一电动机/发电机2将多余的发动机能量转换为电能给电池充电，而当发动机能量小于需求功率时，第一电动机/发电机2作为电动机提供能量驱动车辆；此模式下，当发动机不启动时，通过协调两个电动机/发电机也可实现纯电动驱动模式或制动能量回收模式，但不同于串联式与输入型功率分流驱动模式，该种模式下，电机的控制相对复杂。
6、固定比例四驱功率分流驱动模式时，离合器Ⅰ12、离合器Ⅱ13、离合器III14均接合。
在此模式之下，行星架Ⅰ62和行星架Ⅱ72相互连接在一起，齿圈Ⅰ63和齿圈Ⅱ73相互连接在一起，形成固定比例，此时，第二电动机/发电机3与输出轴5直接连接，可以驱动汽车后轮，齿圈Ⅱ73经齿轮III10驱动汽车前轮。内燃机1动力经过内燃机1输出轴，输入到第一排行星系的太阳轮Ⅰ61，此时，两个行星齿轮系组成的行星齿轮组作为分流机构，当发动机能量大于需求功率时，将多余能量输送给第一电动机/发电机2发电给电池充电，而当发动机能量小于需求功率时，第一电动机/发电机2又作为电动机提供能量驱动车辆，实现混合驱动模式；此时，第一电动机/发电机2的主要作用是通过调节其自身转速，使得内燃机1工作于其最佳燃油经济效率区域，提高系统的效率。需要注意的是，在该模式下，前后轴之间具有固定的扭矩比例关系，可以应用一些特殊路面的驱动状态。除此之外，该模式下，若发动机不启动，第一电动机/发电机2也可作为电动机或者发电机，实现纯电动驱动模式或者制动能量回收模式，该制动能量回收模式也是高功率制动能量回收。
下表为本发明的工作模式汇总表：
表1工作模式汇总表

Claims (8)

1.一种多模四驱混合动力传动驱动装置，其特征在于：
包括内燃机(1)、第一电动机/发电机(2)、第二电动机/发电机(3)、输出轴Ⅰ(4)、输出轴Ⅱ(5)、第一行星齿轮系(6)、第二行星齿轮系(7)、齿轮Ⅰ(8)、齿轮Ⅱ(9)、齿轮Ⅲ(10)、齿轮Ⅳ(11)、离合器Ⅰ(12)、离合器Ⅱ(13)和离合器III(14)，
所述第一行星齿轮系(6)一端与第一电动机/发电机(2)相连，另一端与离合器Ⅱ(13)相连，所述第二行星齿轮系(7)一端与离合器Ⅱ(13)相连，另一端与齿轮Ⅲ(10)相连，
所述第二电动机/发电机(3)一端与第二行星齿轮系(7)相连，另一端与齿轮Ⅰ(8)相连，
所述离合器Ⅰ(12)一端与第一行星齿轮系(6)相连，另一端与第二行星齿轮系(7)相连，所述离合器Ⅱ(13)一端与第一行星齿轮系(6)相连，另一端与第二行星齿轮系(7)相连，离合器III(14)一端与齿轮Ⅱ(9)相连，另一端与输出轴(5)相连，
所述齿轮Ⅳ(11)与输出轴Ⅰ(4)相连，齿轮Ⅱ(9)与输出轴Ⅱ(5)相连，
所述齿轮Ⅰ(8)与齿轮Ⅱ(9)啮合，齿轮Ⅲ(10)、齿轮Ⅳ(11)啮合，
所述内燃机(1)与第一行星齿轮系(6)相连。
2.根据权利要求1所述的传动驱动装置，其特征在于：
所述第一行星齿轮系(6)包括太阳轮Ⅰ(61)、行星架Ⅰ(62)和齿圈Ⅰ(63)，所述行星架Ⅰ(62)一端与太阳轮Ⅰ(61)啮合，另一端与齿圈Ⅰ(63)啮合，
所述第二行星齿轮系(7)包括太阳轮Ⅱ(71)、行星架Ⅱ(72)和齿圈Ⅱ(73)，所述行星架Ⅱ(72)一端与太阳轮Ⅱ(71)啮合，另一端与齿圈Ⅱ(73)啮合，
所述齿圈Ⅰ(63)一端与第一电动机/发电机(2)相连，另一端与离合器Ⅱ(13)相连，所述齿圈Ⅱ(73)一端与离合器Ⅱ(13)相连，另一端与齿轮Ⅲ(10)相连，
所述第二电动机/发电机(3)一端与行星架Ⅱ(71)相连，另一端与齿轮Ⅰ(8)相连，
所述离合器Ⅰ(12)一端与行星架Ⅰ(62)相连，另一端与行星架Ⅱ(72)相连，所述离合器Ⅱ(13)一端与齿圈Ⅰ(63)相连，另一端与齿圈Ⅱ(73)相连，
所述内燃机(1)与太阳轮Ⅰ(61)相连。
3.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：后轮纯电动驱动模式时，离合器Ⅰ(12)、离合器Ⅱ(13)均分离，离合器III(14)接合。
4.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：前驱纯电动驱动模式时，离合器Ⅰ(12)、离合器III(14)均分离，离合器Ⅱ(13)接合。
5.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：前后驱纯电动驱动模式时，离合器Ⅰ(12)分离，离合器Ⅱ(13)、离合器III(14)均接合。
6.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：全时四驱、输入型功率分流驱动模式时，离合器Ⅱ(13)分离，离合器Ⅰ(12)、离合器III(14)均接合。
7.根据权利要求1所述的传动驱动装置，其特征在于：输出型功率分流驱动模式时，离合器III(14)分离，离合器Ⅰ(12)、离合器Ⅱ(13)均接合。
8.根据权利要求1所述的传动驱动装置，其特征在于：固定比例四驱功率分流驱动模式时，离合器Ⅰ(12)、离合器Ⅱ(13)、离合器III(14)均接合。
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